十字花科植物PIN3基因调控元件及表达分析

为探明十字花科不同物种PIN3基因的表达调控差异,从拟南芥(Arabidopsis thaliala)、红花荠菜(Capsella rubella)、白菜(Brassica rapa)、油菜(Brassica napus)和甘蓝(Brassica oleracea)等17个已完成基因组测序的十字花科物种基因组数据库中鉴定出18个PIN3同源基因。对这18个同源基因编码序列上游1 500bp启动子区域顺式作用元件进行预测及比对分析,结果发现,光响应、多种激素响应及胁迫响应等相关元件呈现出较大差异,其中生长素以及向地性响应相关元件具有较高的保守性。克隆普通荠菜PIN3同源基因(CbPIN3)并构建普通荠菜PIN3基因启动子的GUS报告系统CbPIN3pro::GUS转化拟南芥。与拟南芥基因表达数据库比较,荠菜启动子表达与拟南芥PIN3具有基本一致的组织表达模式,但也存在一定的组织差异,说明植株形态建成中生长素极性转运调控的差异。拟南芥和荠菜PIN3的表达差异是十字花科物种适应性进化模式的缩影。     

生长素对荠菜心皮发育的影响

为探讨生长素对荠菜心皮发育的影响,构建了生长素报告系统DR5∶∶GFP,通过农杆菌介导法获得了转基因荠菜植株。荧光显微镜观察结果显示,荠菜心皮发育早期上端两侧荧光信号较其他部分强。为进一步探讨其分子机制,以RT-PCR方法克隆了荠菜PIN3基因(CbPIN3),并做了生物信息学分析。结果表明,CbPIN3基因编码区全长1 950 bp,可编码649个氨基酸。CbPIN3蛋白存在13个丝氨酸磷酸化位点,包含9个跨膜结构域,与拟南芥PIN3亲缘关系最近。此外,实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法检测荠菜CbPIN3组织表达特点,发现CbPIN3基因在荠菜多种组织中均表达,在茎中表达量最高,果荚中表达量最低。     

生长素在烟草表皮毛中的极性运输及对细胞伸长的影响

利用生长素极性运输转运蛋白PIN1与增强绿色荧光蛋白EGFP的融合，对PIN1进行了荧光标记，并以烟草表皮毛为模式，开展了PIN1对生长素极性运输及对细胞伸长生长影响的研究。采用DNA重组技术，将融合标记基因EGFP–PIN1置于拟南芥表皮毛特异表达基因GL2的启动子调控下，构建成含GL2pro::EGFP–PIN1的Ti质粒，以根癌农杆菌叶盘共培转化法将重组标记基因转化至烟草WS38中，筛选鉴定出多株转基因烟草。通过对这些转基因烟草表皮毛进行显微荧光观察，结果发现，标记的绿色荧光信号集中分布在表皮毛细胞的间隔区，表现为明显的极性分布现象。用生长素极性运输抑制剂三碘苯甲酸(TIBA)处理后，表皮毛的伸长生长受到抑制，细胞中荧光的分布极性减弱。说明生长素在烟草表皮毛中的极性分布对烟草表皮毛伸长起关键作用，抑制生长素的极性运输不只抑制表皮毛的细胞伸长，同时还影响到生长素极性运输蛋白PIN的极性分布。     

Ath-miR169d介导的拟南芥叶片发育的分子调控机制

【目的】探究ath-miR169d在拟南芥叶片发育过程中的作用,明确其调控的分子机制,为增强叶菜类植物的光合效率以及增加生物量和提高作物产量提供理论依据。【方法】选取ath-miR169d过表达和降低表达的拟南芥转基因株系以及野生型拟南芥,在22℃、相对湿度60%、16 h/8 h光周期条件下培养,观察不同生长阶段叶片发育表型的差异;同时构建pmiR169d::GUS表达载体,转化农杆菌EHA105,并利用蘸花法转化野生型拟南芥(Columbia,Col-0),获得转基因拟南芥,利用GUS染色对ath-miR169d在拟南芥不同组织器官中的表达模式进行研究;选取8周龄的过表达材料和野生型对照株系,对其叶片表皮细胞形态进行扫描电镜分析;对4周龄过表达材料和野生型对照株系的幼苗顶端分生组织和叶片中总IAA进行定量分析,并进行基因芯片表达谱分析,筛选差异表达基因;通过实时荧光定量PCR对生长素信号途径部分差异表达关键基因的表达情况进行分析。【结果】Ath-miR169d过表达拟南芥株系莲座叶数目较野生型少,叶片小,而ath-miR169d降低表达的拟南芥株系的莲座叶较野生型多,叶片大,且在抽薹和种子成熟之后还持续长出新叶,而野生型莲座叶则在种子成熟之后逐渐衰老干枯;扫描电镜观察到ath-miR169d过表达拟南芥株系叶片中表皮细胞小于野生型;表达模式分析表明,ath-miR169d主要在顶端分生组织(shoot apical meristem,SAM)和叶片维管系统中表达,且新叶中表达强。SAM是产生生长素的部位,IAA测定结果表明ath-miR169d过表达拟南芥株系中IAA含量显著降低,为野生型植株的38.6%,同时基因芯片表达谱分析也验证了ath-miR169d参与调控植物体内激素信号转导途径。进一步研究发现,ath-miR169d过表达株系中生长素合成关键基因YUC2和转运体蛋白基因PIN1均显著下调表达,而具有转录抑制功能的生长素响应因子1和2基因(ARF1和ARF2)表达上调;STTM miR169d低表达株系中这4个基因的表达则为相反趋势,该结果与观察到的表型相一致。【结论】Ath-miR169d通过介导生长素信号途径参与了拟南芥叶片发育的调控,ath-miR169d表达量发生变化会影响叶片的数量和大小,最终影响整个植株的生物量。     

百脉根PIN基因家族的鉴定与分析

生长素输出载体蛋白PIN-formed(PIN)是一类调控植物生长素极性运输的重要载体元件,与植物生长发育密切相关。利用生物信息学方法对百脉根(Lotus corniculatus)PIN基因家族成员(LjPIN)进行筛选、鉴定,并对其结构特征、系统进化、编码蛋白质性质、顺式作用元件组成和表达特性等进行研究,为其功能鉴定及利用奠定基础。结果表明,百脉根基因组中含有27个LjPIN成员,主要分布在1—5号染色体上;27个LjPIN基因含8个可变剪切位点,编码35个蛋白质;除了LjPIN4、LjPIN13、LjPIN23基因外,其他LjPIN基因均含有内含子,内含子数和外显子数均为1～10个;LjPIN与拟南芥AtPIN、大豆GmPIN在进化关系上较接近,与水稻OsPIN较远;LjPIN蛋白大多为碱性的两性稳定蛋白质,一般含有5种保守基序,基序数量2～9个;LjPIN基因除了含有顺式作用基本元件CAAT-box和TATA-box外,还含有光响应、激素响应及生长发育相关的调控元件;11个LjPIN基因在根、茎、叶、花和不同形成时期种子中呈时空差异表达。     

SLPIN6基因沉默对番茄抗旱性的影响

SLPIN6基因是番茄PIN家族一员,番茄PIN家族是一类生长素运输体蛋白家族,调控生长素极性运输.研究表明,干旱胁迫改变植物生长素极性运输平衡,影响植物抗旱性.团队前期研究发现SLPIN6基因在干旱胁迫时表达量显著上调,可能参与番茄植株抗旱应答调控.为进一步明确该基因抗旱调节功能,试验采用VIGS方法对SLPIN6基因作沉默处理,通过观察番茄植株抗旱表型及测定抗逆生理指标变化,发现SLPIN6基因沉默后番茄植株与对照相比,沉默番茄植株萎蔫程度加重,抗逆生理指标差异明显,表明SLPIN6基因参与番茄抗旱应答调控,具有抗旱调节功能.     

低温胁迫及恢复生长后烟苗叶形指数及生长素的响应

为研究低温胁迫及恢复生长后烟苗叶形及生长素含量的动态变化规律,采用盆栽试验研究4℃低温胁迫下及低温后恢复常温生长的烟苗地上部生物量、叶面积、叶形指数、不同部位叶片生长素含量以及生长素外流蛋白家族基因NtPINs表达的变化情况。结果表明,低温胁迫下烟苗地上部生物量较同期对照组极显著减小,恢复常温后虽能继续生长但生物量仍低于同期对照组;低温后恢复生长烟苗的叶形指数极显著高于同期对照组;低温胁迫24 h时,烟苗茎尖新生叶IAA含量较对照组极显著升高,但自下而上第4张叶片的IAA含量较对照组极显著降低,恢复生长8 d时不同部位叶片IAA含量均大幅升高;qRT-PCR结果显示,低温胁迫24 h时,烟苗茎尖新生叶NtPIN1、NtPIN1b、NtPIN3、NtPIN3b、NtPIN4和NtPIN9表达水平均较同期对照极显著下调;低温下施加外源生长素α-萘乙酸(NAA)、生长素极性运输抑制剂1-萘氨甲酰苯甲酸(NPA),常温下施加NPA可明显影响烟苗的叶形指数。因此,低温胁迫导致烟苗地上部生长素从茎尖新生叶向茎基部极性运输的减少是烟苗叶片形态响应低温胁迫的生理机制之一。     

生长素促进拟南芥AtNRT1.1基因表达增强硝酸盐吸收

为研究生长素信号对植物硝酸盐营养吸收的调控作用,采用扫描离子选择电极技术 (SIET) 和实时荧光定量 PCR 技术(qRT-PCR),测定拟南芥野生型Col-0、生长素过表达突变体yuc1-D以及生长素通路缺失突变体axr1-12 3种株系初始根中硝酸根离子(NO-3)吸收速率以及硝酸盐转运蛋白基因AtNRT1.1表达量的差异,并进一步检测Col-0株系以及硝酸盐转运蛋白突变体nrt1.1株系在正常条件(CK)或施加外源IAA及生长素极性运输抑制剂2,3,5 三碘苯甲酸(TIBA)处理下的NO-3流速和AtNRT1.1基因表达量的差异。结果表明:yuc1 D株系的NO-3吸收速率以及AtNRT1.1基因表达量相比野生型均有大幅增加,而axr1-12株系的 NO-3吸收速率以及AtNRT1.1基因表达量相比野生型显著降低;在Col-0株系中施加外源IAA对NO-3吸收速率以及AtNRT1.1基因表达量有明显促进作用,而施加TIBA的效果反之,说明生长素对硝酸盐吸收有增强效应。nrt1.1株系在CK、IAA、TIBA处理下NO-3吸收速率差异较野生型不明显,揭示了AtNRT1.1基因在生长素促进硝酸盐吸收途径中所起的重要作用。      

Gene expression of oilseed rape BN1O induced by methyl jasmonate and oxalic acid

利用实时荧光定量PCR方法,观察油菜BN10基因在根、茎、叶中的表达差异,并分析甲基茉莉酸(MeJA)和草酸(OA)对该基因的诱导表达的动态变化.结果表明:BN10基因在油菜根、茎、叶中均能表达,其中在根中的表达量最高,茎中的表达量次之,在叶中的表达量最低,且在抗病毒品种苏油1号中的表达量高于感病品种中双9号;BN10的表达受MeJA和OA的诱导影响.MeJA诱导处理感病品种中双9号叶片后,BN10 基因表达先升后降,在24 h时表达量最高,为诱导前的2.58倍,之后有所下降,但诱导后的表达量始终高于诱导前,72 h时的表达量仍为诱导前的1.13倍;OA诱导处理中双9号后,BN10表达量也是先增加后降低,在12h时达到最大值,为诱导前的2.5倍,72 h时下降至最低,仅为诱导前的25％.MeJA诱导处理抗病品种苏油1号后,BN10的表达趋势与中双9号相似,但各时间点的表达量均高于中双9号;OA诱导处理苏油1号后,对BN10的诱导更强烈,表达量在6h时即达到峰值,为诱导处理前的3.05倍,之后逐渐下降.     

A PINOID-dependent binary switch in apical-basal PIN polar targeting directs auxin efflux

Polar transport-dependent local accumulation of auxin provides positional cues for multiple plant patterning processes. This directional auxin flow depends on the polar subcellular localization of the PIN auxin efflux regulators. Overexpression of the PINOID protein kinase induces a basal-to-apical shift in PIN localization, resulting in the loss of auxin gradients and strong defects in embryo and seedling roots. Conversely, pid loss of function induces an apical-to-basal shift in PIN1 polar targeting at the inflorescence apex, accompanied by defective organogenesis. Our results show that a PINOID-dependent binary switch controls PIN polarity and mediates changes in auxin flow to create local gradients for patterning processes.     

Polar PIN localization directs auxin flow in plants

Polar flow of the phytohormone auxin requires plasma membrane-associated PIN proteins and underlies multiple developmental processes in plants. Here we address the importance of the polarity of subcellular PIN localization for the directionality of auxin transport in Arabidopsis thaliana. Expression of different PINs in the root epidermis revealed the importance of PIN polar positions for directional auxin flow and root gravitropic growth. Interfering with sequence-embedded polarity signals directly demonstrates that PIN polarity is a primary factor in determining the direction of auxin flow in meristematic tissues. This finding provides a crucial piece in the puzzle of how auxin flow can be redirected via rapid changes in PIN polarity.     

PIN proteins perform a rate-limiting function in cellular auxin efflux

Intercellular flow of the phytohormone auxin underpins multiple developmental processes in plants. Plant-specific pin-formed (PIN) proteins and several phosphoglycoprotein (PGP) transporters are crucial factors in auxin transport-related development, yet the molecular function of PINs remains unknown. Here, we show that PINs mediate auxin efflux from mammalian and yeast cells without needing additional plant-specific factors. Conditional gain-of-function alleles and quantitative measurements of auxin accumulation in Arabidopsis and tobacco cultured cells revealed that the action of PINs in auxin efflux is distinct from PGP, rate-limiting, specific to auxins, and sensitive to auxin transport inhibitors. This suggests a direct involvement of PINs in catalyzing cellular auxin efflux.     

十字花科植物17个物种PIN3基因的系统进化分析

为了探明十字花科植物不同物种PIN3基因之间的进化差异,运用Brassica Database数据库及十字花科基因数据库在线平台,对拟南芥(Arabidopsis thaliala)、红花荠菜(Capsella rubella)、芜青(Brassica rapa)、油菜(Brassica napus)、甘蓝(Brassica oleracea)等17个已完成基因组测序的十字花科物种的18个(油菜含有2个)PIN3同源性基因进行分析,并对其推导的编码蛋白(PIN3)进行了系统进化分析。结果表明,18个PIN3序列间的相似性为86.74%,PIN3推导蛋白之间的相似度为90.93%,蛋白等电点约为7.15~9.44,芜青PIN3等电点明显偏高。PIN3的氨基酸比对分析结果表明,在多个糖基化位点出现具有种属差异性和符合进化关系的氨基酸替换现象,盐芥属植物中条叶蓝芥(Thellugiella parvula)PIN3在更多的位点出现氨基酸的替换,这可能是导致十字花科不同种属PIN3蛋白的功能和活性出现差异的原因。     

金边鲤皮肤黑色素合成及转运相关基因表达分析

[目的]研究影响金边鲤皮肤色素沉着的关键基因及信号通路,揭示其皮肤颜色差异形成的原因,为金边鲤良种培育提供候选基因信息.[方法]基于突变型金边鲤黄色皮肤(Y组)和黑色皮肤(B组)及野生型金边鲤黑色皮肤(W组)的转录组测序数据,筛选分析获得部分共有差异表达基因,利用实时荧光定量PCR检测差异表达基因和黑色素合成相关基因的表达情况,并分析各基因间的相关性.[结果]依据转录组数据筛选获得ACT3、MYH2、TPM1、TPM2和TPM3共5个来源于心肌肾上腺素信号通路及与细胞动力相关的基因;除ACT3基因外,其余4个基因(MYH2、TPM1、TPM2和TPM3)在Y组皮肤中的相对表达量均显著低于B组和W组(P<0.05,下同),与转录组分析的差异基因表达趋势一致.MC-1R、TYR、TYRP1和TYRP2等4个黑色素合成相关基因在金边鲤皮肤中的表达情况为:B组皮肤中MC-1R基因的相对表达量显著高于Y组和W组;TYR、TYRP1和TYRP2基因在3组皮肤中的相对表达量排序均为W组>B组>Y组,其中W组的相对表达量显著高于B组和Y组.相关性分析结果显示,MC-1R和TYR基因与ACT3、MYH2、TPM1、TPM2和TPM3基因呈显著或极显著(P<0.01)正相关,而TYRP1和TYRP2基因与这5个差异表达基因均无显著相关性(P>0.05).[结论]ACT3、MYH2、TPM1、TPM2和TPM3基因及其所在的心肌肾上腺素信号通路可能影响黑色素合成与运动,且与黑色素合成相关基因存在相关性,可作为金边鲤体色变异研究中的标记基因.     

苎麻生长素结合蛋白BnABP1与GFP融合在烟草中的表达

运用已克隆的苎麻生长素结合蛋白BnABP1基因cDNA及植物表达载体pCAMBIA1300 GFP,构建了35S启动子控制的苎麻BnABP1基因编码区段与绿色荧光蛋白(GFP)基因融合表达重组体(pCAMBIA1300 GFP BnABP1)。通过根癌农杆菌介导法将其转化烟草WS38,经抗性筛选和PCR检测获得了转基因烟草。对转基因烟草细胞进行荧光显微镜观察,发现在细胞质膜和内膜系统上都有较强烈的荧光信号,进一步证明苎麻生长素结合蛋白ABP1已结合在细胞的膜系统上。     

硝酸盐高亲和水稻品种的筛选与硝酸盐高亲和基因表达分析

对19份不同基因型水稻进行苗期不同硝酸盐水平下的生长率、苗高分布及离子吸收值的测定,初步筛选出硝酸盐高亲和性水稻品种,并对其基因的表达进行了分析.筛选结果:Nipponbare为双氮高效型、Tongyi为低氮高效型、IR8和陆稻农林21为高氮高效型典型性品种,并发现OsNTR2.4和 OsNAR2.1基因表达在0.5 h时最弱,3 h时最强; OsNTR2.1, OsNTR 2.2随着诱导时间的延长而表达增强.Nipponbare与Tongyi在OsNRT2.1表达上存在差异,与Tongyi 相比,Nipponbare的 OsNRT2.1表达所需诱导时间短,并在3 h时表达最强.     

滩羊毛色候选基因MC1R和TCF25的mRNA表达量定量分析

为了探究影响哺乳动物毛色的黑色素皮质受体-1基因(MC1R)和转录因子25基因(TCF25)与滩羊毛色的关系,本研究利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,对15只不同毛色滩羊(纯白、褐斑、黑斑)皮肤组织中MC1R基因和TCF25基因的mRNA表达量进行研究。结果显示,MC1R基因和TCF25基因在3种不同毛色滩羊中均有表达。MC1R基因在不同毛色滩羊皮肤组织中表达量为黑斑>褐斑>纯白,其中黑斑组极显著高于纯白组(P<0.01),显著高于褐斑组(P<0.05),褐斑组显著高于纯白组(P<0.05);TCF25基因在不同毛色滩羊皮肤组织中表达量为纯白>褐斑>黑斑,组间差异不显著(P>0.05)。试验表明了目的基因表达量与滩羊毛色间的关系,为今后滩羊毛色选育与品种改良提供参考。     

Basal localization of the presumptive auxin transport carrier in pea stem cells

By means of an indirect immunofluorescence technique with the use of monoclonal antibodies, the location of the presumptive auxin transport carrier of pea stem tissue was identified in the plasma membranes at the basal ends of parenchyma cells sheathing the vascular bundles. The results represent what is believed to be the first direct evidence for the hypothesized basal efflux carrier conferring polarity to auxin transport in plant stems.